分散式控制系統(tǒng)的性能評估與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、流程行業(yè)中，大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)普遍存在。典型的化工生產(chǎn)過程，通常是由一系列相互作用的子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)之間存在著復(fù)雜的物料流，能量流以及信息流。理論上，集中式控制結(jié)構(gòu)能夠取得最優(yōu)的性能。但由于結(jié)構(gòu)，通信，計算等因素的限制，大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)通常難以采用集中式控制結(jié)構(gòu)。工業(yè)實際中，廣泛采用分散式控制結(jié)構(gòu)，以提高控制系統(tǒng)的可操作性。然而，分散式控制系統(tǒng)是通過忽略各子系統(tǒng)間的相互作用以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這必然會導(dǎo)致整體控制性能的下降，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定

2、。如何選擇合適的控制結(jié)構(gòu)，并且評估當前控制系統(tǒng)的運行狀況，就需要對控制系統(tǒng)進行性能評估。近年來，控制系統(tǒng)性能評估已成為學(xué)術(shù)界的研究熱點，目前主要的研究集中于單變量控制器或集中式控制系統(tǒng)的性能評估，而分散式控制系統(tǒng)的性能評估并未受到足夠的關(guān)注。本文以系統(tǒng)狀態(tài)與輸入的二次函數(shù)為性能指標，對線性控制系統(tǒng)進行性能評估，主要貢獻和工作如下:
　　 (1)在狀態(tài)反饋的情況下，提出了一種有效的分散式線性二次狀態(tài)反饋控制(LQR)問題求解策略。

3、利用基于LMI的系統(tǒng)H2性能參數(shù)化方法表述LQR問題，從而可以顯式的表達分散式系統(tǒng)的塊對角結(jié)構(gòu)約束。針對基于LMI的分散式LQR問題，提出了一種迭代策略，通過反復(fù)迭代求解原問題的兩個簡化問題，快速收斂到原問題的局部最優(yōu)解。本文提出的迭代方法可以有效處理線性矩陣不等式中的塊對角約束，顯著降低了目前已有求解分散式LQR基準方法的保守性。
　　 (2)在輸出反饋的情況下，將分散式LQR問題的求解推廣到分散式LQG問題的求解。根據(jù)分離定

4、理，LQG問題可以拆分為兩個獨立的問題:一個LQR問題與一個狀態(tài)觀測問題。本文采用基于LMI的方法設(shè)計分散式狀態(tài)觀測器，利用與分散式LQR問題類似的迭代策略，處理分散式狀態(tài)觀測器問題中的塊對角結(jié)構(gòu)約束，得到分散式卡爾曼濾波增益。通過分別求解分散式LQR問題與分散式狀態(tài)估計問題，就可以求解分散式LQG問題。
　　 (3)將分散式LQG基準用于分散式控制系的控制與經(jīng)濟性能評估。提出了基于LMI的分散式系統(tǒng)控制性能評估方法?；贚MI